Letní škola Badatele

V roce 1857 vyfoukl německý sklář Heinrich Geissler skleněnou trubici, opatřil ji kontakty a zkoušel, co se stane, když připojí elektrické napětí. V tu chvíli ho nenapadlo, že právě vytvořil první článek řetězu vědeckých objevů. Celý řetěz trval necelých devadesát let a na jeho konci se objevila zbraň s nesmírným ničivým účinkem. V průběhu přednášky budeme sledovat tuto cestu zajímavých a na sebe navazujících vědeckých objevů. S vynálezy, které vznikly na tomto základě, se setkáváme v běžném životě. Na zajímavé cestě objevů se setkáme s geniálními vědci včetně nositelů Nobelovy ceny. Talentovaná vědkyně původem z Polska patří mezi ně. Uvidíme, že mnohdy vědcům pomohla náhoda. Někdy i chybná interpretace dosavadních výsledků. Několik důležitých událostí z řetězu vědeckých objevů se týká i českých zemí.

V přednášce se studenti seznámí s moderními přístupy v léčbě zhoubných onemocnění krvetvorby, konkrétně lymfomů a leukémií, se zaměřením na tzv. T-cell directed therapies – terapie zaměřené na využití T-lymfocytů. Vysvětlíme si, jak funguje imunitní systém, jaké úlohy v něm hrají T-lymfocyty a jak je lze využít v boji proti nádorovým buňkám. Zaměříme se zejména na metody jako CAR-T terapie (chimeric antigen receptor T-cell therapy), bispecifické protilátky a další imunoterapeutické strategie. Přednáška nabídne nejen biologické a medicínské základy, ale i etické otázky, výzvy současného výzkumu a pohled do budoucnosti personalizované medicíny. Určeno studentům se zájmem o biologii, medicínu a moderní technologie ve zdravotnictví.

Umělá inteligence dnes už dávno není jen výsadou sci-fi – ovlivňuje svět kolem nás při každém otevření mobilu, překladu textu či automatickém rozpoznání obličeje. V rámci přednášky se seznámíme se základními principy AI a neuronových sítí – tedy s tím, jak „myslí“ stroj. Vysvětlíme si, jak se neuronové sítě učí, co jsou to vrstvy, váhy a aktivace, a proč AI potřebuje tolik dat. Následně nahlédneme do světa počítačového vidění: jak dokáže umělá inteligence rozpoznat obrázek, pochopit, co se na něm děje, a dokonce sama generovat realistické fotografie či kresby. Třetí část bude věnovaná jazykovým modelům: ukážeme si, jak může stroj porozumět lidské řeči, vytvářet texty a dokonce vést konverzaci.

Vyzkoušejte si, jak se zkoumá mikrosvět! V první části workshopu si připravíte vlastní biologické vzorky (např. vysušený hmyz, slupky, jehličí), které poté prozkoumáte pomocí elektronového mikroskopu. Ve druhém bloku změříme krystalickou strukturu běžných práškových materiálů, jako je sůl nebo soda, pomocí rentgenové difrakce.

Ptáci jsou jednou z nejatraktivnějších a nejprobádanějších skupin živočichů. Dají se snadno pozorovat i v blízkosti lidských sídel a pro jejich výzkum často stačí jen znalost hlasů, dalekohled a zápisník. Vyzkoušíme si základní metody ornitologického výzkumu, jako je pozorování za pomoci dalekohledu, určování ptáků dle hlasů, bodové a liniové sčítací metody. Za dobrého počasí proběhne i ukázka odchytu a kroužkování. Vysvětlíme si, jak se studuje ptačí migrace, početnost, potravní a hnízdní biologie a jak jsou pro výzkum a ochranu ptáků důležitá data získaná v rámci občanské vědy (citizen science). Na závěr si prohlídneme obsáhlé (a nejen ornitologické) sbírky a mořské akvárium na katedře zoologie.

Statistika nepatří na střední škole obvykle mezi ta nejoblíbenější témata, a to přesto, že se s ní drtivá většina z nás potká při studiu na vysoké škole či ve svém profesním životě, fyzikálními měřeními a geochemickými analýzami počínaje a psychologickými výzkumy konče. Nebo ještě lépe se dá jednoduše říci, že se se statistikou, resp. s datovou analýzou setkáváme při vyhodnocování každodenních informací kolem nás, a je prostě dobré ji ovládat. Neboť mnoho z těchto informací nás současně o něčem přesvědčuje a k něčemu je nabádá: ostatně většina klientů pochybných finančních institucí i mnozí nezaměstnaní a nemocní se rekrutují z těch, kteří dostupná data buď přijímali nekriticky nebo naopak je paušálně odmítli, případně se o ně vůbec nezajímali. Během našeho setkání společně uděláme takový lehký úvod do kritického statistického uvažování, konkrétně si povíme o roli měřítka v datech, a seznámíme se také s jednoduchými grafy, které nám umožní udělat si o datech a jejich struktuře dobrou představu.

Klimatická změna je palčivý problém současnosti s velkým dopadem na lidskou civilizaci. V rámci přednášky si vysvětlíme, že k těmto změnám docházelo i v dávné minulosti, dřív než svět začal ovlivňovat člověk. Ukážeme si, jak dramatické a rychlé mohly být klimatické výkyvy v minulosti a jak se projevily na přítomnosti rostlin a živočichů na našem území. Řekneme si také, odkud čerpáme informace o životním prostředí a jeho změnách v geologické historii Země. Po přednášce budou následovat laboratorní pokusy zaměřené na studium spraší a půd, které jsou jedinečným zdrojem informací o klimatických změnách v období čtvrtohor. Studenti si vyzkoušejí zrnitostní analýzu, měření přirozené radioaktivity, magnetických vlastností a barev a následně si ukážeme jak z těchto dat interpretovat klima v minulosti Země.

Fyzika a fyziologie jsou nejenom odvozeny od stejného řeckého slova (physis – příroda; přirozenost; podstata), ale v rámci fungování všeho živého patří neoddělitelně k sobě. Abychom mohli studovat a skutečně pochopit základní procesy probíhající v živé přírodě včetně rostlin, bez fyziky, jejích principů a metod, se neobejdeme. V rostlinné fyziologii narazíme na téměř všechny oblasti fyziky – mechaniku, termiku, optiku, molekulovou i atomovou fyziku. Ukážeme si příklady uplatnění fyzikálních zákonů ve fyziologii rostlin napříč různými procesy (vodní režim rostlin, fotosyntéza, elektrická signalizace) i epochami (od časů Darwina až po kosmické programy). Vyzkoušíme si extrakci chlorofylu a měření fyziologických parametrů rostlin pomocí jednoduchých přenosných přístrojů.

Přednáška s praktickou pasáží o částicích kolem nás: od záření alfa, beta a gama po miony z kosmického záření, které nám v reálném čase zobrazí částicová kamerka. Předvedeme si možnosti stínění různých druhů záření a podíváme  se,  jak  vypadají  stopy  částic  různých  druhů,  a to  s použitím  školních  zdrojů  záření  či  uranového  sklíčka. Nakonec si ukážeme, jaké částice a interakce kamerka vidí v letadle či ve svazku částic na urychlovači v laboratoři CERN.

Nejen lidé, ale i rostliny mohou být ve stresu. Stresem označujeme obecně nepříznivý stav, který je vyvolán působením různých stresových faktorů, tzv. stresorů. Nejčastějšími a nejznámějšími stresovými faktory jsou např. nedostatek nebo nadbytek vody či světla, zasolení půdy, vysoká nebo nízká teplota, patogenní organizmy a jiné. A jak se s tímto stresem vypořádat? Jelikož rostliny díky svému přisedlému způsobu života před stresem nemohou utéct, byly nuceny vyvinout účinné obranné mechanizmy, které jim umožňují přežít v jejich přirozeném prostředí. V rámci přednášky a následné experimentální práce v laboratoři se podrobněji zaměříme na stres z nedostatku světla. Studenti si vyzkouší přípravu extraktů z rostlinného materiálu a ten následně otestují pomocí jednoduchých biochemických metod na vybrané parametry související s oxidačním stresem.

Přednáška stručně představí historii biochemie od konce 19. století a hlavně v 1. polovině 20. století. Zmíní se kořeny oboru, které spočívají v medicíně, mikrobiologii, fyziologii a chemii přírodních látek. Objasněny budou klíčové objevy týkající se důležitých buněčných metabolitů a metabolických drah, peptidové vazby, struktury proteinů a nukleových kyselin, genetického kódu, vitamínů a hormonů, a také makroergických sloučenin. Vysvětlen bude stručně i rozvoj biochemických metod, například elektroforézy, kapalinové chromatografie a sekvenční analýzy proteinů a nukleových kyselin. Z významných historických biochemických osobností budou představeni Buchner, Harden, manželé Coriovi, Warburg, Krebs, Sanger, Watson, Crick, Nirenberg a další.

Tuberkulóza (TB) je infekční onemocnění způsobené převážně bakterií Mycobacterium tuberculosis. V současné době představuje TB jednu z nejčastějších příčin úmrtnosti na celém světě. Největším problémem při léčbě TB je čím dál častěji vznikající rezistence na současné možnosti terapie. Proto jsou hledány nové účinnější látky, které by působily zcela novým mechanismem a vůči kterým nejsou doposud vyvinuty žádné mechanismy rezistence. Během přednášky si vysvětlíme, jak probíhá vývoj takovýchto nových látek.

Moderní přístupy hledání nových léčiv vychází ze znalosti enzymů či receptorů zodpovědných za fyziologické procesy probíhající v lidském těle. Dále je známo nepřeberné množství biologicky aktivních sloučenin, z jejichž chemické struktury lze relativně spolehlivě odvozovat účinná analoga. (Nejen) z historického pohledu však hraje v nacházení nových léčiv nezastupitelnou roli náhoda či mylná hypotéza. Tato skutečnost bude demonstrována sérií příběhů, které vedly k objevům fascinujících chemických sloučenin jako jsou insulin, penicilin, warfarin, diazepam, LSD či viagra. Dále si studenti vyzkouší sami Hantzschovu syntézu, který má široké praktické využití.

Náš svět je plný barev a barevnost našeho okolí je pro nás každodenní samozřejmostí. Kde se ale všechny barvy berou, jak v látkách vznikají a jak souvisí se světlem? Odpovědi na tyto otázky nabídne stručná přednáška o elektromagnetickém záření a jeho vztahu ke spektrálním vlastnostem látek, jejichž základním projevem je zbarvení. V experimentální části práce budou připraveny charakteristicky zbarvené modelové sloučeniny, jejichž barva bude dána do kontextu jejich spektrálních vlastností díky analytickému měření spektrofotometrických vlastností. Žáci a studenti se na základě vlastního pozorování seznámí s příčinami barevnosti chemických sloučenin a získají základní informace o moderních spektrálních technikách chemického výzkumu.

Přednáška bude zaměřena na fascinující proces rekonstrukce evoluční historie života na Zemi pomocí DNA sekvencí. Účastníci se dozví, jak vědci používají genetické informace k rekonstrukci evolučních vztahů mezi různými druhy, objevování společných předků a pochopení, jak se životní formy vyvíjely a diverzifikovaly v průběhu miliard let. Přednáška zahrnuje základní principy molekulární biologie, vysvětluje metody sekvenování a analyzování genetických dat. Diskutovány budou také nové technologie a jejich aplikace v moderní biologii, včetně příkladů významných objevů z nedávné doby. Například evoluce předků člověka a šíření bakterie moru. Tato přednáška poskytne studentům hlubší porozumění propojení mezi genetikou a evolucí a ukáže, jak může DNA otevřít dveře k poznání minulosti života na naší planetě.